Teil 1: Wirkungen des elektrischen Stroms

Das Herz arbeitet weitestgehend autonom. Es wird durch den im Herzmuskelgewebe verankerten Sinusknoten erregt. Die von diesem natürlichen Schrittmacher ausgehende Erregung breitet sich über die Vorhöfe aus und sorgt – dann fortlaufend – für die rhythmisch wiederkehrende Kontraktion der beiden Herzkammern. Störungen des normalen Herzschlages können sich ergeben, wenn die Erregung durch den Sinusknoten ausbleibt oder wenn im Herzen selbst ein „Sonderreiz“ unterschiedlicher Ursache, etwa in Form einer so genannten Extrasystole, entsteht. In diesem Fall kann die Implantation eines künstlichen (elektrische Impulse erzeugenden) Herzschrittmachers erforderlich werden. Ein „Elektrounfall“ wird in der Regel nicht absichtlich herbeigeführt. Kommt es dabei zu einer elektrischen Durchströmung des Herzens, kann der Fremdstrom sowohl die Signale des Sinusknotens als auch die fortgeleiteten Erregungen überlagern. Auch wenn diese Aussage oft angezweifelt wird, gilt im Niederspannungsbereich hinsichtlich Tod oder Nichttod vor allem das „Alles-oder-Nichts-Gesetz“: Das Herz beantwortet den flimmerunterschwelligen Fremdreiz – so lange dieser anhält – mit Extraschlägen.

Wird die im Herzen wirksame Stromdichte größer, bleibt aber unterhalb der Flimmerschwelle, so werden aufeinander folgende Extrasystolen bis hin zum Herzkammerflattern ausgelöst. Damit ist ein Pumpzustand des Herzmuskels erreicht, bei dem die Blutförderung stark eingeschränkt ist. In Tierexperimenten [16] übernahm – manchmal verzögert – der Sinusknoten nach abschwellender Körperstromstärke wieder das Kommando und setzte den normalen Herzschlag bei zunächst leicht erhöhter Frequenz fort. Es ist anzunehmen, dass die gleichen Prozesse auch beim Menschen und Großtieren so ablaufen.

Das (unerwartete) „Schreck-Erlebnis“ einer elektrischen Durchströmung führt meist zu einer erhöhten Herzschlagfrequenz (oft auch psychisch bedingt). In seltenen Fällen können nach einem „Stromunfall“ Extrasystolen den normalen Rhythmus stören oder EKG-Veränderungen, die sich fast immer schnell zurückbilden, medizinische Beobachtung verlangen [21]. Deshalb ist es obligat, nach einem gemeldeten Elektrounfall eine EKG-Kontrolle durchzuführen. Bleibt diese Kontrolle jedoch unauffällig, erübrigt sich eine weitere Überwachung, es sei denn, andere Unfallschäden gebieten dies [25]. Der behandelnde Arzt sollte den Betroffenen (und gegebenenfalls dessen Angehörigen) unbedingt dahingehend beruhigen, dass bei unauffälligem EKG Folgeschäden am Herzen ausgeschlossen werden können! Damit wird einer in der Öffentlichkeit weit verbreiteten Angst, dass Elektrounfälle Herzschäden nach sich ziehen, im Interesse des Versicherten vorgebeugt (Ausschluss einer sich mög­licherweise ausbildenden „posttraumatischen Belastungsstörung“, PTBS).

Übersteigt die Amplitude des Fremdstromes – und damit die elektrische Feldstärke am Herzen – die so genannte Flimmerschwelle, führt das zum Kreislaufstillstand [2, 3]. Die Blutversorgung des Körpers stoppt sofort. Ohne schnelle Hilfe von außen sterben Mensch oder Tier infolge Mangelversorgung (Sauerstoff, Energie).

Für die Dimensionierung von zulässigen Grenzwerten ist es äußerst wichtig, die Abhängigkeit der Flimmerschwelle (IKörper) von der Dauer einer Durchströmung (tD) zu untersuchen. Diese verringert sich nämlich drastisch mit zunehmender Durchströmungsdauer, wie ­frühere Untersuchungen an Herzpräparaten, aber auch Versuche an Großtieren bewiesen [15, 17, 19]. Bei dem im Haushalt üblichen sinusförmigen Wechselstrom der Frequenz von 50 Hz kann mit einer Reduzierung um etwa den Faktor 12 im Bereich tD ≥ 100 bis ≤ 500 ms gerechnet werden [18]. Das bedeutet erhöhte Lebensgefahr, denn längere Durchströmungszeiten als ca. 100 ms treten immer dann auf, wenn sich der Mensch nicht selbst aus dem Stromkreis befreien kann und eine Abschaltung (wie z.B. durch einen Fehlerstromschutzschalter) nicht erfolgt!

3 Schlussfolgerungen für die Grenzwert-Festlegung

DIN IEC 60479-1, Pkt. 3 „Begriffe“ [8], definiert die inzwischen praxisüblichen Bezeichnungen wie „Wahrnehmbarkeitsschwelle“, „Loslass-“ und „Befreiungsstromstärke“. Hergeleitet wurden sie aus lebensungefährlichen Versuchen an Probanden [6, 13]. Um das Phänomen Flimmerschwelle klären zu können, wurden international zahlreiche Experimente an Tierpräparaten sowie an Versuchstieren durchgeführt [15, 19 ]. Leider wurde bei der Interpretation und Zusammenfassung einzelner Versuchsserien übersehen, dass der Durch­strömungsbeginn relativ zur vulnerablen Phase der Herztätigkeit berücksichtigt werden muss [21]. Der Verlauf der Flimmerschwelle (IKörper = f (tD)) sollte deshalb in den zuständigen Gremien nochmals erörtert werden.

Für den praktischen Unfallschutz ist es
wichtig, dass differenziert wird zwischen kurzen (tD  ≤ 100 ms) und länger andauernden
(tD ≥ 500 ms) Durchströmungen. So wird der an einer 220/380-V-Anlage eingeleitete und schnell (≤ 100 ms) abgeschaltete „elektrische Wischer“ kaum Herzkammerflimmern auslösen können, da nach dem Ohmschen Gesetz die Körperstromstärke unterhalb von 600 mA liegt, wie folgende überschlägige Berechnung zeigt:

4 Zusammenfassung

Mit „Wirkungen des elektrischen Stromes auf Menschen und Nutztiere – Teil 1: Allgemeine Aspekte“ fasst DIN IEC 60479-1 jene Erkenntnisse praxiswirksam zusammen, bei deren Anwendung die Sicherheit von Mensch und Nutztier gewährleistet werden kann [8, 10]. Für spezielle Bereiche gelten darüber hinaus gesonderte Vorschriften. Einflussgrößen wie Körperinnenwiderstand, Hautimpedanz und Stromweg werden ebenfalls unter Einbeziehung von Wahrscheinlichkeitsangaben (Perzentile) in den Vorschriften berücksichtigt [9, 12]. In den folgenden Beiträgen zur Gefährdung durch Wechsel- und Gleichspannungen wird darauf ebenso Bezug genommen wie auf zu beachtende Randbedingungen wie Feuchtigkeit, Übergangswiderstände und Innenwiderstand der treibenden Spannungsquelle.

Literatur

(weiterführende Angaben bei den Autoren)